梅燕娜，暴延强，林雪川，宋 斌，董小宏，孔少华

（1.新兴河北工程技术有限公司，河北 邯郸 056000；2.广东新兴铸管有限公司，广东 阳春 529600）

管模是离心铸造中热态工作的模具，连续生产中承受急剧的热交变负荷，当残余应力的积累超过材料的极限强度后会产生热裂纹网格，超过一定程度管模会报废[1]。管模价格昂贵，为降低生产成本，改善管模生产条件，延长管模寿命，目前保护管模有效方法有两种：涂覆硅藻土涂料和布树脂砂。由于树脂砂法所生产的铸管表面质量比较差，且生产中产生有害气体对环境有污染，已被涂料法所淘汰。

1 热模离心铸造用隔热涂料的组成

离心铸管涂料一般由基料（耐火绝热料）、粘结剂和悬浮剂、载体等组成。由于高温铁水直接作用于涂层表面，因此在浇注的瞬间，涂层表面温度将达到1200℃～1300℃，在此状态下涂料性能保持稳定，不得出现熔融、分解、软化等现象。

2 涂料的要求

根据热模法离心铸造球铁管要求：

（1）涂料应具有较高的耐火度，使涂料不被高温金属融化。

（2）涂料应具有较高的内聚强度和附着强度，是为了防止涂层在浇注时因铁液的冲刷而脱落，同时在铸管凝固后，涂层又能附着在管壁上并随铸管一起从铸型中被拉出，且易清理[2]。

（3）涂料应具有较小的发气量，为了防止铸管产生气孔、针孔等缺陷。

（4）涂料应具有适当的粘度、足够的流动性和均匀性。

3 硅藻土基隔热涂料和珍珠岩基隔热涂料对比

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要含硅藻质的二氧化硅[3]。硅藻土为多孔结构，通常呈浅黄色或者浅灰色，具有质软、能隔热、吸附性强、熔点高、热稳定性好的特点。硅藻土的多孔性对铸管的外观质量起着重要的作用。在高温铁水的作用下，从涂料原料中释放、来不及从未凝固铁水中析出的气体可以储存在多孔质的涂料内，防止铸管外表面形成气坑、针孔等缺陷[1]。

珍珠岩是一种酸性火山玻璃质熔岩，在高温条件下可获得膨胀珍珠岩，其体积是原体积的10～25倍，内部呈微孔状结构。膨胀珍珠岩受其结构影响，具有较大的亲水性，易吸附周围环境中的水，吸水率一般为自重的4～9倍[4]。

广东新兴铸管有限公司现采用基料为硅藻土涂料，硅藻土选用长白山硅藻土粘结剂和悬浮剂采用膨润土，载体为水，涂料配置参数见表1，浇注铸管前要将管模预热至一定温度（180℃～200℃），利用压缩空气及喷嘴使涂料雾化来进行喷涂，主要通过调整输送涂料压力（罐压），喷涂风压，以及喷嘴间隙等参数来调整雾化效果，在管模内经多次喷涂后形成一定厚度的涂层。

表1 涂料配制参数

图1 涂料制备工艺流程图

由于硅藻土资源问题，同时要降低球铁管生产成本，提出了一种种新配方的隔热涂料，将原基料由硅藻土更换为珍珠岩助滤剂，具有较高的抗冲蚀性能、耐火强度和脱模性，以及较低的发气量、渗透性和吸湿性和长时间的储存稳定性能。

珍珠岩较硅藻土而言，具有低的吸水性和发气性，高的耐热性，以及更为低廉的成本，选择珍珠岩作为耐火骨料的主要成分，配合钠基膨润土能够制备得到性能优异、表面质量更高的管模涂层。

表2 珍珠岩基料性能指标

4 珍珠岩基隔热涂料制备方法

4.1 珍珠岩基隔热涂料制备

（1）泥浆的配制过程。先向泥浆罐中加入水180公斤，再将15公斤钠基膨润土逐渐加入，边加边搅拌，搅拌6小时以上，泥浆方可使用。

（2）涂料的配制过程。按照涂料配比，计算水、泥浆、珍珠岩助滤剂的加入量。先向搅拌罐中加入水，再加入泥浆，搅拌约3分钟再加入珍珠岩助滤剂。珍珠岩助滤剂要缓慢加入，防止珍珠岩沉入罐底，搅拌10分钟后，用刮板将罐周围粘附的珍珠岩助滤剂刮下，再重新搅拌，涂料搅拌半小时后，加水调其粘度以备使用。

4.2 珍珠岩基隔热涂料性能测试

对制备好的珍珠岩基隔热涂料进行悬浮性测试、发气性测试、渗透性测试、高温抗裂性测试、粘度测试、吸湿性测试，具体方法介绍如下。测试结果见表3。

表3 珍珠岩基隔热涂料测试结果

（1）悬浮性测试。测悬浮性的方法采用静置法，将配置好的涂料放置于100ml量筒中，将其静置24h后，观测清澈液的体积与整个涂料悬浮液体积的百分比。

（2）发气性测试。涂料的发气量是单位质量分数的涂料在高温下涂料挥发的气体体积，单位是 ml/g，采用智能发气性测试仪测试，测试温度为1200℃，测试时间2min。

（3）渗透性测试。通常考察涂料的渗透深度，将标准型砂试样在涂料中浸泡3 s并烘干后，锯开试样，用卡尺测量试样断面上涂料的渗透深度。

（4）高温抗裂性测试。将均匀涂上涂料并经烘干的砂样置于1200℃的箱式炉中急热保温 2 min，迅速打开炉门观察是否有裂纹以及裂纹的大小和数量 对涂层的裂纹情况，可以按以下4 级评定。

I级：表面光滑没有裂纹，或者只有特别细的裂纹，基体和涂料之间没有剥离的现象。

II级：涂层上有细小的网状或者树枝状裂纹，裂纹宽度＜0.5 mm，基体和涂料之间没有剥离的现象。

III级：涂层有网状或者树枝状裂纹，宽度＜1mm，裂痕比较深，没有贯通的粗裂纹， 基体和涂料之间没有剥离的现象。

IV级：涂层上有网状或者树枝状的裂纹，宽度＞1 mm，有贯通的裂纹，基体和涂料间有剥离的现象。

粘度测试，采用T6杯测试涂料粘度。

（5）吸湿性测试。采用称重法测量，将称重后质量为M0的铸造涂料涂层试样，放在恒湿箱中保持温度为23±1℃，相对湿度95±1%，放置24h后，测试试样质量为M1，则铸造涂料涂层的吸湿率为（M1-M0）/M0×100%。

5 珍珠岩基隔热涂料喷涂方法和使用效果

（1）将管模清洗干净，升温至160℃～200℃，轴向温差≤30℃，备用。

（2）向管模喷涂大口径球墨铸铁管模涂料，喷嘴5mm，喷嘴数量8个，喷嘴，距管模距离为200mm～400mm，管模转速为40r/min～60r/min，喷涂风压为0.4Mpa～0.6Mpa，喷涂管道压力为0.25Mpa～0.4Mpa，喷涂罐罐压0.45Mpa～0.55MPa，喷涂涂层厚度为0.8mm～1.2mm，喷涂小车走速0.2m/秒，喷涂次数3次。喷涂效果见图2。喷涂涂层减薄后和增加喷嘴后，机时产量提高，DN1600和DN1800机时产量增加2根/时。

图2 管模喷涂后状态

将珍珠岩基隔热涂料按照上述施工方法进行喷涂，用于制备大口径球墨铸铁管DN 2200，制备得到的铁管具有≥430Mpa的抗拉强度，和≥9%的最小延伸率，以及球化等级3，石墨大小等级≥6级，渗碳体含量≤1%和珠光体≤25%的金相组织，见图3。

图3 DN2200热模离心球墨铸铁管制备（涂层均匀，无螺旋线）

6 结论

（1）珍珠岩具有多孔性能，配合钠基膨润土能够制备得到性能优异、表面质量更高的管模涂层。

（2）珍珠岩基隔热涂料喷涂到管模内壁上涂层均匀，无裸线线。

喷涂工艺方法：喷嘴5mm，喷嘴数量8个，喷嘴，距管模距离为200mm～400mm，管模转速为40r/min～60r/min，喷涂风压为0.4Mpa～0.6Mpa，喷涂管道压力为0.25Mpa～0.4Mpa，喷涂罐罐压0.45Mpa～0.55MPa，喷涂涂层厚度为0.8mm～1.2mm，喷涂小车走速0.2m/秒，喷涂次数3次。喷涂涂层减薄后和增加喷嘴后，机时产量提高，DN1600和DN1800机时产量增加2根/时。

（3）制备大口径球墨铸铁管DN 2200，制备得到的铁管具有≥430Mpa的抗拉强度，和≥9%的最小延伸率，以及球化等级3，石墨大小等级≥6级，渗碳体含量≤1%和珠光体≤25%的金相组织，生产产品合格。